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Filtro de Harmnicos Hbridos
1
Disciplina: Condicionadores de Energia- CEN
Professor: Marcello Mezaroba
Mestrandos: Everton Peres Correa
Marcus Vieira Soares
2016
Filtros de Harmnicos Hbridos
Composto por um filtro passivo sintonizado e um filtro ativo;
Apontados como soluo plausvel para compensao harmnica com
baixo custo e elevada eficincia;
O filtro ativo possui baixa potncia nominal enquanto que o filtro passivo
processa a maior parcela de potncia;
O filtro passivo cria um caminho de baixa impedncia para componentes
harmnicas de corrente na qual encontra-se sintonizado;
Quando um filtro passivo paralelo opera com um filtro ativo paralelo visa-
se a compensao de harmnicos na corrente;
Quando o mesmo opera com um filtro ativo srie visa-se a compensao
de harmnicos na tenso;
A metodologia de projeto de potncia de filtro hbridos similar s de
filtro passivos shunt e filtro ativos, porm procura-se um menor
processamento de potncia pelos dispositivos chaveados;
3
Filtro Ativo Paralelo + Filtro Ativo Sintonizado
Caractersticas:
Filtro Passivo compensa harmnicos de baixa frequncia;
Filtro Ativo compensa harmnicos de alta frequncia;
Potncia do FAP reduzida;
Tenso do FAP a mesma do PCC;
3
4
Equaes para os projeto de Filtro passivos shunt
21
2222
12
1
22
1 IKILhIRIKRIKI
IKR hhshshs
hh
hh
h
QRL hh
h
hh
Lh
QRC
22
h: ordem do harmnico
Rh: resistncia srie do filtro para o harmnico h
Kh: valor mximo permitido para o harmnico h (% de I1)
I1: valor eficaz da fundamental da corrente do alimentador
Ih: valor eficaz do harmnico h da corrente do alimentador
Rs, Ls: resistncia e indutncia srie do alimentador
: frequncia angular da tenso do alimentador
Resistncia do
filtro sintonizado:
Indutncia do
filtro sintonizado:
Capacitncia do
filtro sintonizado:
Malha de Controle
Malha de controle do FAP (Similar a da operao singular)
5
Especificaes dos Dispositivos
6
0 (potncia da carga) 30,06 k
(Frequncia de comutao) 50 k
0 (Tenso do barramento CC) 800V
0(Ondulao de tenso mxima no barramento) 1%
(Ondulao de corrente mxima) 5%
fres (Frequncia de ressonncia do filtro LC) 2150 Hz
(Potncia Nominal do Filtro Ativo) 3 kVA
(Potncia nominal do trafo) 45
(Impedncia do trafo) 6%
(Potncia nominal das cargas) 45
Carga resistiva 20%
Carga RL 30%
Retificador 3 com filtro capacitivo e carga RC 30%
Retificador 3 controlado com carga L (=60) 20%
Equaes de Projeto FAP
7
2
/ 3746
2 .
oo
b b
PC F
f V V
8674
bMIN
L s
VL H
I f
16,333
2ns s
s s
f C FL C
64
ss s
ns s
RR
f L
Planta de Corrente:
_
( )( )
( )
fs bis PWM i s
fss
i s VG s K K
sLd s
1 1
k 2
SV rdVT
SI B B
K VG
V s C
Planta de Tenso de Barramento
1 1
k 2
SVVD
SI B
KG
s C
Planta de Tenso Diferencial
Capacitor do barramento(Co):
Indutor do Filtro de sada (Lf):
Capacitor do Filtro de Sada (Cf):
Resistor do Filtro de Sada (Rf):
Dimensionamento de componentes Modelos das plantas a serem
controladas
Diagramas de bode
Malha da tenso total de barramento Malha da tenso diferencial
Para a planta de corrente foi utilizado um ganho do tipo proporcional unitrio.
-100
-50
0
50
100
150
Ga
nho
(d
B)
10-2
10-1
100
101
102
103
104
-180
-135
-90
-45
0
Fa
se
(d
eg
)
Bode Diagram
Frequncia (Hz)
Gvt
Cvt
FTMAvt
-100
-50
0
50
100
150
Ga
nho
(d
B)
10-2
10-1
100
101
102
103
104
-180
-135
-90
-45
0
Fa
se
(d
eg
)
Bode Diagram
Frequncia (Hz)
GV
CV
FTMAv
Simulao
Circuito do sistema a ser compensado
9
Simulao
Simulao
Malha de Controle Implementada no Circuito de Simulao
11
3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 490
1
2
3
4
5
6
7
8
harmnicas
perc
entu
al [%
]
Harmnicas da corrente rede sem compensao
Irede
IEEE 519
0.4 0.41 0.42 0.43 0.44Time (s)
0
-200
-400
200
400
Iph_R V_Ph_R
Tenso e Corrente No Compensado
Corrente e Tenso Compensado com o Filtro Sintonizado
13
THDi
2,06%
THDv
3,16%
0
-200
-400
200
400
V_Ph_R V_Ph_S V_Ph_T
0.4 0.41 0.42 0.43 0.44Time (s)
0
-50
-100
50
100
Iph_R Iph_S Iph_T
0
-20
-40
20
40
I_Cap_R I_Cap_S I_Cap_T
0.4 0.41 0.42 0.43 0.44Time (s)
0
-50
-100
50
100
IcargaR Iph_R I_Cap_R
Corrente
dos filtros
passivos
Tenso e Corrente Compensado com o FAP
14
0
-200
-400
200
400
V_Ph_R V_Ph_S V_Ph_T
0.4 0.41 0.42 0.43 0.44Time (s)
0
-50
-100
50
100
Iph_R Iph_S Iph_T
0-10-20-30
102030
I_Cap_R IconvR
0.4 0.41 0.42 0.43 0.44Time (s)
0
-50
-100
50
100
Iph_R IcargaR IconvR+I_Cap_R
THDi
1,71%
THDv
2,37 %
Amplitude dos Harmnicos de Corrente e Tenso compensado FHP
16
3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 490
1
2
3
4
5
6
7
8
harmnicas
per
cen
tual
[%
]Harmnicas da tenso do PAC rede com compensao
VPAC
IEEE 519
Prodist
3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 490
1
2
3
4
5
6
7
8
harmnicas
per
cen
tual
[%
]
Harmnicas da corrente rede com compensao
Irede
IEEE 519
Filtros Hbridos (ativo srie + passivo shunt)
16
Os filtros passivos shunt apresentam uma impedncia alta na frequncia
fundamental e uma impedncia muito baixa para os harmnicos, evitando
que eles circulem pela impedncia da rede;
No entanto, certo pontos fracos so apresentados:
Seu funcionamento altamente dependente da impedncia da fonte,
que no precisamente conhecida;
Pode entrar em ressonncia com a impedncia da fonte e assim
ampliar a amplitude dos harmnicos;
A associao do filtro passivo shunt com o filtro ativo srie reduz as
deficincias que uma ou outra estrutura operadas isoladamente possam
ter.
A impedncia do filtro passivo deve ser menor que a impedncia da fonte
na frequncia de sintonia para permitir a atenuao requerida.
O filtro ativo funciona como uma alta impedncia nas frequncias de
sintonia do filtro passivo;
Filtros Hbridos (ativo srie + passivo shunt)
Topologia bsica (esquema unifilar e circuito equivalente monofsico)
Filtros Hbridos (ativo srie + passivo shunt)
Para o projeto de controle do filtro ativo necessrio obter apenas
uma parcela de componentes das harmnicas, assim evitando de
corrigir a componente da fundamental.
Utiliza-se, portanto, um filtro rejeita faixa de segunda ordem na
medio da corrente da carga
Um fator K determinado de modo a emular uma resistncia para
as mltiplas frequncias, permitindo que a impedncia da fonte
seja maior em relao a impedncia do filtro passivo shunt.
Variveis de Projeto
19
Parmetros Valores
Vs (Tenso do alimentador fase-neutro) 230 V
frd (Frequncia da Rede) 50 Hz
Rs (Resistncia srie da rede) 70,56m
Ls (Indutncia srie da rede) 673,54H
(Ondulao de corrente mxima) 5%
fres (Frequncia de ressonncia do filtro LC) 2150 Hz
So (Potncia Total das Cargas) 45kVA
Porcentagem de So Cargas
20% Resistiva
30% Resistiva-indutiva
30% Retificador 3 com filtro C e carga resistiva
20% Retificador controlado com carga fortemente
indutiva (=60)
8674
bMIN
L s
VL H
I f
16,333
2ns s
s s
f C FL C
64
ss s
ns s
RR
f L
Planta de tenso do transformador (com
relao unitria) por razo cclica do FAS:
Indutor do Filtro de sada (Lf):
Capacitor do Filtro de Sada (Cf):
Resistor do Filtro de Sada (Rf):
Equaes do projeto do FAS
11
)(2
sCRsCL
VsG
ff
ff
cc
Diagramas de bode
-150
-100
-50
0
50
100
Ga
nho (
dB
)
101
102
103
104
105
106
-180
-135
-90